本文介绍了专为嵌入式体系规划的VK32系列新式多总线接口通用异步串行收发接器（UART）器材的原理以及在税控POS、长途主动抄表体系、嵌入式车载信息渠道和串口服务器中的运用技术。
UART发生于上个世纪70年代，是榜首块大规划集成电路。1981年的推出的IBM PC选用了8250 UART与外设进行数据通讯，直到上个世纪末，UART一直是PC中最首要的串行通讯接口。跟着高速串行总线USB的呈现，USB以其许多的长处代替了UART成为个人电脑中运用最广泛的串行接口。
而在嵌入式范畴，因为UART具有操作简略、作业牢靠、抗干扰强、传输间隔远（组成485网络能够传输1，200米以上），规划人员普遍认为UART是从CPU或微操控器向体系的其他部分传输数据的最佳方法，因而它们被很多地运用在工业、通讯和家电操控等嵌入式范畴。一般MCU/CPU都会自带一个UART串口，但实践运用中一个串口往往不够用，需求进行UART串口扩展。
截止到现在，全球规划内有超越40种UART器材能够挑选，大多数UART器材是以计算机总线转化UART为运用根底的，其通用性、管脚、寄存器与20年前很少改动。针对嵌入式运用，现在的UART器材普遍存在操作杂乱、引脚多、价格昂贵等缺点，不能满意和习惯的嵌入式体系的需求。
VK系列UART器材
维肯公司针对嵌入式体系中UART的发展趋势，规划推出了VK32xx系列新式多总线接口UART器材，其特色为：
1. 支撑8位并行总线、SPI总线、UART等多种主机总线接口。其间，8位并行总线接口产品能够代替现在广泛运用的16C55x系列UART用于为8位、16位、32位MCU进行UART串口扩展。VK32系列8位并行总线接口UART产品选用了精简操控寄存器规划，并经过管脚复用削减了芯片管脚，简化的软件规划和PCB规划都更适合嵌入式体系需求。
SPI接口总线系列产品为带有SPI接口的DSP、MCU完结同步SPI串口到异步UART串口的桥接和扩展，特别针对现在广泛运用的DSP体系，大多数DSP都只要同步串口，只能用于与具有同步通讯接口的外设进行通讯。VK32系列SPI总线接口产品能够将一个SPI同步串行接口桥接/扩展成为1～4个通用异步串口，便利完结DSP和外设的异步串行通讯。
UART接口产品创新地完结了将一个规范3线UART扩展成为2～4个增强功用UART。芯片内置的UART扩展协议处理逻辑，无需其它的地址信号和操控信号线就能够完结多个独立装备的全双工串口扩展，为需求扩展串口的嵌入式体系供给了一个最简练的解决计划。
2. 支撑高速传输。每个子波特率能够独立设置子串口最高通信速度能够到达920kbps（5V作业电压），主机支撑的SPI总线最高传输速率为4Mbps，主机8位并行总线的最高传输速率为10Mbps。
3. 宽作业电压和低功耗规划。考虑到现在嵌入式范畴中新式的DSP/FPGA的作业电压大多为2.5V，而很多的工业操控范畴的MCU依然需求在5V电压下作业，VK32系列UART规划的作业电压规划为2.5V～5.5V。一起，该系列芯片能够作业在主动休眠和唤醒形式下，有效地下降功耗。
4. 完善的FIFO功用。每个通道独立的16级接纳和发送FIFO，每个FIFO有4个可编程触发点设置。完善的FIFO功用能够进行发送/接纳的数据缓冲，削减DSP/CPU对数据传输的操作，进步CPU/DSP的功率和数据传输的牢靠性。
5. 子串口通道具有软件或硬件主动流量操控，满意高速数据传输中流量操控的需求。
6. 子串口具有可编程的硬件RS-485主动操控功用和主动9位网络地址辨认功用，大大下降处理器的担负，特别适用于工业RS-485组网。
7. 每个通道具有独立可控的数据播送接纳功用，能够运用于需求数据播送传输和操控的嵌入式体系中。
8. 一切UART（包含UART主接口和子通道UART）都支撑IrDA红外通讯。
VK系列UART器材的原理及框图
VK3200是VK32系列中功用最全的类型，本文以VK3200的原理图为根底，对VK32系列UART芯片原理进行介绍。VK3200内部结构包含主机接口、子通道部分、MODEM操控逻辑、中止操控逻辑几部分。主机接口为VK3200与CPU/DSP相连的接口，经过M1、MO形式挑选信号线，能够别离挑选8位并行总线、SPI总线和UART三种接口与主机相连；MODEM操控逻辑用于与MODEM相连时的状况信号线的监控和操控；中止操控逻辑用于发生和操控各种内部中止。
时钟发生器为芯片供给时钟，能够用CLKSEL引线挑选从晶振仍是外部时钟源获取时钟。子通道逻辑部分处理各个的数据接纳和发送。数据发送的处理进程为：主机接口将从主口总线发送来的数据进行处理后传送到相应的子通道FIFO，FIFO里的数据经过流量操控逻辑后，在波特率发生器的效果下，经过发送移位寄存器依次将数据发送到TX串行输出信号线上，接纳数据与此正好相反。子通道处理模块中，操控寄存器用于对各个子通道进行设置，IR编解码器用于对红外信号进行编解码，子通道流量操控器用于子通道传输数据时的主动流量操控。 ［page］
在嵌入式体系中的运用
VK系列UART器材的在嵌入式产品中的运用范畴包含：多串口服务器/多串口卡，工业/主动化现场RS-485操控，运用CDMA/GPRS MODEM的无线数据传输，车载信息渠道/车载GPS定位体系，远传主动抄表（AMR）体系，税控POS/银行终端等金融机具，DSP数据收集和传输体系等。其运用实例如下：
1. 在税控POS中的运用
税控POS机是一个操控密布形的嵌入式体系，需求操控很多外设。其根本装备要求的串口打印机、MODEM、RS-485网络接口，以及税控IC卡（异步卡）都作业在依据UART的串行通讯方法。一起，很多的外设如暗码键盘、条码扫描器、条码称、触摸IC卡/非触摸IC卡读卡器、磁卡读卡器、串口显现屏等设备都是经过RS-232串口与POS机相连。
选用VK32xx系列UART器材能够依据MCU/CPU的接口特性，挑选SPI/8位并行总线/UART进行灵敏的UART串口扩展。该计划与选用现在GPIO来模仿串口的计划比较，占用CPU的I/O和资源都很少，即便一般的8位MCU也能够担任。一起，扩展的子串口都是规范的硬件UART，使得数据传输也愈加牢靠。
2. 在长途主动抄表体系中的运用
如图3所示，远传主动抄表体系由远传表和会集抄表器以及MODEM等部分组成。
在远传表中，运用VK3212双串口扩展IC将单片机的一个UART扩展成两个UART，扩展出来的两个串口UART1和UART2别离接RS-485/M-BUS接口和红外接口。VK3212的UART1设置为RS-485主动收发和RS-485网络形式，能够无需MCU的操控，主动完结RS-485/M-BUS的数据主动收发和主动网络地址辨认。VK3212的UART2设置为红外形式，用于衔接远传表的红外设置窗口。
在会集抄表器中，用一片SPI接口的4通道UART器材VK3234将扩展出4个子串口UART，MCU经过SPI总线与VK3234相连。VK3234的子串口UART设置为RS-485主动收发形式，每个子通道UART操控的RS-485/MBUS收发器经过RS-485/M-BUS总线衔接最多250个远传表。一个依据VK3234的会集抄表器能够完结最多1，000个远传表的数据读取。
因为是经过SPI接口扩展的串口，会集抄表器单片机本身的串口能够衔接PSTN/GSM MODEM将集抄数据传给长途服务器。
3. 在嵌入式车载信息渠道中的运用
VK3233主接口有SPI和UART两种接口能够挑选。嵌入式渠道中的DSP/CPU经过SPI/UART接口与VK3233相连，VK3233扩展出来的三个子串口别离衔接GPS模块、倒车雷达模块和GSM/CDMA模块，MODEM操控线衔接GSM/CDMA MODEM。整个嵌入式体系共用一个显现设备，有效地节省了车内有限的空间。
4. 在串口服务器中的运用
在工业操控等范畴，很多设备的对外通讯接口依然是低速串口。串口服务器将多个串口设备的数据存储、转化今后经过IP网进行传输。
图5显现了一个8串口服务器（4个RS-232串口、4个RS485串口）的电路原理图，嵌入式体系中的DSP/CPU的并行位数据线衔接2片VK3266完结了8个串口的扩展，经过地址译码器操控2片VK3266的CS完结片选操控。在上图中，VK3266 A衔接4个RS-232收发器，扩展出了4个带硬件流量操控信号的RS-232串口；VK3266B则衔接了4个RS-485收发器，将VK3266设置在RS-458主动收发操控形式下，经过RTS信号操控RS-485收发器的数据发送使能DE和数据读取使能RD信号，能完结RS-485的主动收发操控。
选型参阅和规划主张
1. 选型参阅
VK32系列UART包含5个产品系列，各个产品系列的特色如下：
VK321x系列为主接口为UART的产品，仅经过RX，TX和GND三根信号线与主机相连，经过芯片内部的处理协议选用时分复用的方法将一个串口扩展成为2～4个能够一起作业的全双工串口。在该形式下，MCU以查询方法操作UART器材，规划中需求留意的是为确保在时分复用下各个子通道能够一起全双工通讯，主接口的波特率需求设置为大于各个子串口波特率之和。VK321x产品适用于对通讯速度要求不高，需求规划牢靠简略的嵌入式产品。
VK322x系列产品的主接口为SPI同步传行总线，最高传输速度为4Mbps。适合于带SPI接口的MCU/DSP扩展异步串口。大多数DSP都只要同步串口，经过SPI接口完结异步串口的桥接和扩展，能够简化并行总线扩展串口的硬件规划和模仿异步串口的软件开支。
VK323x系列产品一起具有SPI和UART两种能够挑选的主接口，扩展子串口具有硬件流量操控和RS-485主动收发功用，特别适合于需求高牢靠数据传输的RS-485总线运用。
VK325x产品为8位并行总线接口的UART器材，VK326x为一起具有3种可选主机接口的UART器材。这两个器材运用于需求削减备货品种，需求进行很多数据传输的运用。
2. 规划主张
异步IC卡的接口规划。遵照7816-3的异步IC卡为半双工异步通讯接口。在实践运用中，能够将子串口的RX和TX短接后直接与IC卡的I/O信号衔接，为牢靠起见，也能够经过衔接7407来驱动IC卡的I/O信号。
MODEM接口的规划。现在的PSTN/GPRS/CDMA/GSM MODEM支撑三线串口（TX、RX、GND）经过AT指令操作。但实践运用中，只是运用三线串口简单丢包，形成数据重发，使得上传速度变慢，主张运用VK32系列中带MODEM接口的UART器材，用DSR、DTR、RI和DCD来监控MODEM状况，用RTS和CTS来做流控，这样速度能够到达最高。
RS-485总线的规划。RS-485是现在工业范畴运用最广的半双工通讯体系。直接用MCU对RX485进行操控，有一些细节难于处理：经过MCU的I/O对485收发操控，在体系复位时，I/O或许使485收发器处在发送状况，形成总线上正在进行的通讯失效；在数据收发切换中，一般依托发送缓冲的状况来操控MCU的I/O对收发切换，而此刻最终一个字节或许还在移位寄存器中，会形成少发送一个字节的状况；一起，当RS485总线上有很多数据进行传送时，MCU不得不花很多的资源去判别该数据是否是发送给本机的，形成作业功率低。针对这些问题，主张用户在需求用到RS-485时，选用带有RS-485主动收发操控和9位网络主动辨认的器材。
VK32系列UART器材能够作业在主动RS-485形式下：复位时，RTS处于接纳状况，只要在数据发送时，RTS才作业在发送状况，当最终一位数据从移位寄存器中发送完结后，RTS主动转为接纳状况。一起，VK32系列的UART支撑9位网络地址主动辨认，仅当RS-485总线上的地址与UART设定的RS-485网络地址共同时，才发生中止，能够使MCU从很多的与自己无关的数据处理中摆脱出来，进步体系的处理才能。
无铅化是半导体职业势不可挡的趋势，VK32系列UART产品悉数完结无铅化封装，在回流焊时需求留意焊接温度满意相应的温度要求。
责任编辑：gt
